砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理及应用

研究目的:砂卵石地层由于卵石强度高且颗粒分布无序,因此长管棚施工地层扰动大且支护效果难以保证,已成为制约隧道实际应用的一大瓶颈。本文以某轨道交通暗挖法车站为依托工程,采用理论分析、现场测试与数值模拟相结合的方法,对不同直径、不同环向间距条件下长管棚的支护效果进行了深入研究,以期揭示砂卵石地层矿山法隧道长管棚支护机理,提出最佳支护参数。研究结论:(1)砂卵石地层,暗挖隧道管棚超前支护条件下,地层沉降变形在向地表传递过程中,沿高度方向的折减率约为0.91 mm/m;(2)管棚超前支护效果对矿山法隧道工程安全具有决定性作用,须采取措施减小管棚施工扰动及相应地层变形;(3)根据单因素敏感性分析结果,地表沉降随管棚支护长度的增加而增大,随管棚环向间距的增大而增加,且基本呈正相关;(4)为有效控制地表沉降并提高工程经济效益,建议直径127 mm管棚环向间距宜为35 cm,支护长度宜为40 m;直径159 mm管棚建议环向间距宜为40 cm,支护长度宜为40 m;直径209 mm管棚建议环向间距宜为45 cm,支护长度宜为50 m;管棚直径与其最佳打设长度正相关;(5)本研究结论可为砂卵石地层矿山法隧道支护措施提供借鉴与参考。

高地应力软岩隧道长期稳定性分析

研究目的:高地应力软岩具有明显的流变特性,流变过程中岩体参数随时间发生变化。本文结合梁王山隧道的设计施工方案,采用Cvisc模型对其施工过程及运营期间的围岩和支护的受力和变形情况进行分析,查明了隧道在施工阶段和长期运营阶段的应力、应变和变形特性以及隧道支护结构的内力与变形随时间发展规律。研究结论:(1)在软岩隧道工程施工中,施工时应对隧道初支拱脚处适当加固,控制拱脚变形;(2)不仅要保证施工期的安全,更需要关注隧道在后期运营过程中的长期稳定性;(3)需根据全寿命周期内的围岩流变稳定状态设计支护结构的刚度,从而确保隧道结构长期稳定;(4)本研究成果可为高地应力软岩隧道施工安全和长期稳定性研究提供参考。

秦望广场塔楼沉降后浇带提前封闭技术研究

研究目的:带超高层物业开发的大型地下综合体,为了不影响裙房和地下室提前投入使用,需要研究超高层建筑沉降后浇带提前封闭可行性,通过杭州富阳秦望广场通道工程实际项目,采用有限元整体建模分析,提出了残余沉降差计算方法,利用试桩静载试验P-S曲线确定了桩基线刚度参数,推导出沉降后浇带提前封闭楼层,通过实际监测数据,对理论计算结果进行对比验证。研究结论:(1)试桩线刚度与单桩承载力特征值比值在76~119之间,与传统经验值100倍单桩承载力特征值相比,试桩结果离散性较大;(2)塔楼总沉降量与楼层数关系不大,与桩基线刚度取值关系较大;(3)塔楼桩基采用相同线刚度,楼层数与总沉降量成正比;(4)塔楼沉降呈线性发展趋势,理论计算与监测数据基本一致,因成桩工艺控制不稳定,导致工程桩线刚度有离散性,理论计算沉降速率与监测相比均偏小,导致后浇带提前封闭楼层判断有误差;(5)本研究成果可为超高层建筑提前封闭沉降后浇带设计提供参考。

主跨330 m高速铁路无砟轨道混合梁斜拉桥设计

研究目的:为满足防洪及通航要求,南玉高铁百合郁江特大桥采用(36+40+64+330+64+40+36)m钢箱-混凝土混合梁斜拉桥跨越郁江。该桥为目前国内在建最大跨度的高速铁路无砟轨道钢箱-混凝土混合梁斜拉桥。本文主要基于百合郁江特大桥的设计与受力特点,通过多种评价方法,探讨在大跨度钢混斜拉桥上铺设无砟轨道适应性,为后续建造同类型无砟轨道桥梁提供理论参考。研究结论:(1)主桥采用钢箱梁与混凝土箱梁,并在钢箱梁顶板上现浇混凝土桥面板,为无砟轨道铺设创造了良好条件,并且能很好地控制后期主梁的收缩徐变变形,提高大跨桥梁对无砟轨道适应性;(2)百合郁江特大桥具有良好的静力性能和刚度条件;(3)主桥将轨道结构高度由725 mm调整为775 mm,分别为底座板和道床板预留了20 mm和30 mm的纠偏量,为后续无砟轨道分级施工和纠偏提供了基础,能更好地将施工与测量误差逐级消除,提高无砟轨道铺设精度;(4)采用多种无砟轨道适应性评价方法对主桥无砟轨道线形进行分析,结论均满足设计要求;(5)该桥的成功实施,为国内外高速铁路无砟轨道桥梁建设提供了宝贵的经验,将进一步推动高速铁路无砟轨道大跨度桥梁的技术发展。

广西大新红黏土工程地质特性及路基处治措施

研究目的:红黏土因其特殊的工程性质,容易引起边坡出现裂隙、垮塌、不均匀沉降等病害,对工程质量、安全、造价造成极大影响。本文对红黏土进行详细室内土工试验,分析研究红黏土的物理力学性特征,从而为红黏土边坡防护及填料利用提供相应的处治措施建议,以指导工程实践。研究结论:(1)该地区红黏土显示出高含水率、高饱和度、高孔隙比、高液限、高塑性、压缩性较小、黏聚力高、弱~中膨胀性的特征;(2)随深度增加,含水率、液限、孔隙比、液性指数、压缩系数逐渐增大,而黏聚力、压缩模量逐步降低,形成上硬下软的特征;(3)对红黏土路堑,提出采用“缓边坡、宽平台、固坡脚”的设计原则;(4)针对红黏土填料,提出根据击实后50 kPa下膨胀总率判定填料膨胀性,采取包边、加筋、设置垫层、无机结合料改良处治后用于路基填料;(5)本研究成果对广西红黏土地区勘察设计具有一定的参考价值。

桩端岩溶三维超声成像方法及应用研究

研究目的:岩溶地区大直径桩基础受桩端岩溶的威胁大,探查不清或处理不当时可能会出现桩基承载力不足等严重工程质量问题,现有探测方法难以在桩底复杂泥水环境下实现桩端三维精细化探测。本文基于超声相控阵全聚焦成像原理,提出一种全新的桩端岩溶三维探测方法,以实现对桩端一定范围内地质结构进行三维高精度成像。研究结论:(1)本方法和装备在桩底采集超声数据并成像,可对桩端一定深度和冲切角范围内岩溶三维高精度成像;(2)足尺模型试验表明本装备可探测桩端10 m以内溶洞且探测精度优于0.1 m;(3)工程实践表明本装备可有效查明桩端岩溶、破碎裂隙,探测结果准确可靠;(4)本装备能适应桩底各种恶劣的环境,探测过程简单高效,时效性强,对保障岩溶区桩基施工安全与质量控制具有重要的意义。

鲜水河构造带隧道高地应力区岩爆特性分析

研究目的:青藏高原持续隆升,导致鲜水河构造带及邻区高地应力特征突出,地应力场极其复杂,研究高地应力的孕灾特征有助于隧道岩爆的风险防控,特别是时滞型岩爆的孕灾和致灾机理的研究。本文阐述鲜水河构造带地貌、地层岩性、构造及地应力场特征的孕灾总体认识,通过对该区域隧道近10 km约1300次岩爆统计,从发生概率、等级、埋深、位置、时间、距离等多角度研究岩爆特征,对发生的5次时滞型岩爆和隧道时效性变化特征进行分析,展望后续岩爆研究的重点。研究结论:(1)鲜水河构造带及邻区受高地应力影响,隐伏小微构造发育且无规律,为岩爆创造了特殊的孕灾环境,岩爆发生的随机性大;(2)该区域隧洞岩爆等级以轻微岩爆为主,具有“分区破裂”和脆性变形特征,时滞型岩爆一定程度上具有“继承性”;(3)建议加强沟谷应力场低埋型岩爆和滞后型岩爆或硬岩潜在时效破坏的监测研究;(4)本文研究成果可为类似高地应力环境下岩爆预测和防控提供借鉴。

基于DEM-FDM耦合的过渡段膨胀诱发钢轨上拱研究

研究目的:为分析涵洞过渡段地基膨胀引起的钢轨上拱响应,基于现场测试、室内膨胀试验数据,开展DEM-FDM耦合数值模拟,分析某涵洞附近路基土在膨胀范围为16 m,膨胀中心距离涵洞中心分别为0 m、5 m、10 m这三种工况下,不同膨胀率时基床填料的运动规律及钢轨的上拱响应。研究结论:(1)涵洞对于钢轨上拱位移的传递存在阻断作用,但会增大钢轨上拱的峰值,原位膨胀率下工况二的钢轨上拱峰值达到46 mm,当路基膨胀率为0.3%时钢轨上拱位移量达到无砟轨道钢轨可调节临界值(4mm);(2)过渡段钢轨上拱处同时产生轴向应力集中,其中原位膨胀率下工况二轴向应力峰值达到14.4 MPa;(3)对于膨胀区域位于涵洞下方的工况,钢轨轴向应力呈现出来的分布规律为钢轨上拱拱顶处为主拉应力状态,拱脚处为主压应力状态,因此一共包括三个压应力峰值点以及两个拉应力峰值点;(4)本文研究可为高铁涵洞过渡段路基膨胀病害解决方案的确定提供理论依据。

陆路交通基础设施勘察设计智能化路径探讨

研究目的:陆路交通基础设施勘察设计全流程智能化是提高勘察设计效率、质量,引领行业变革的必经之路。为加快推进勘察设计智能化的进程和一体化需要,本文从勘察设计业务流程出发,覆盖铁路、公路两大行业共性技术领域,包括测绘、勘察、选线、路基、桥梁、隧道六大专业,从技术研究、标准建设、平台研发三个方面,对陆路交通基础设施勘察设计智能化路径进行探讨。研究结论:(1)陆路交通基础设施勘察设计智能化可采用以流程为主线、以数据为核心、以智能技术为驱动、以软件平台为载体的总体技术架构,重点攻克“智能测绘、智能勘察、智能选线、智能设计”4套智能关键技术,建立数字化、智能化标准,研发智能勘察设计平台与交付平台,形成陆路交通基础设施智能勘察设计技术体系;(2)4套智能关键技术可实现从基于北斗地基/星基增强服务的基础设施空间地理与地质信息快速获取、多源数据融合及三维数字化表达、多目标智能优化选线、关键构造物设计方案智能决策、数字化建模与集成设计等方面突破;(3)数字化、智能化标准体系构建是从勘察设计数据体系结构、数据存储、数据传递、智能设计要求与算法、成果交付等维度开展标准化研究;(4)智能勘察设计平台与交付平台研发是基于统一的数据与平台架构,采用自主图形引擎,可实现陆路交通智能勘察设计和成果交付,支撑陆路交通基础设施勘察设计领域高质量发展。

挤压性地层TBM隧道形变压力计算方法研究

研究目的:目前国内外主要围绕挤压性地层条件下双护盾TBM的设备选型与施工技术进行研究,但是针对管片结构设计方面的研究却较少,尤其是针对管片结构所受围岩压力的研究。为了弥补这方面的研究不足,本文结合TBM隧道施工的时空效应,重点研究双护盾TBM隧道管片在挤压性地层中的形变压力计算方法。研究结论:(1)通过采用遗传蠕变模型,模拟了围岩变形的时序效应,并将其整合到隧道纵向变形曲线中,因此形成了一种考虑时空效应的隧道纵向变形曲线计算方法,通过考虑第一阶段的超前变形量,构建了基于等效开挖洞径的围岩特性曲线公式;(2)利用厚壁圆筒的弹性理论,推导出了管片-豆砾石组合支护的刚度计算公式,同时,建立了临界弹性模量的计算表达式;(3)基于收敛-约束法分析原理,推导出了组合支护力与组合支护位移的公式,进一步形成了管片形变压力的计算方法,最终这一形变压力计算方法的准确性通过实际工程案例得以验证;(4)本研究成果可应用于挤压性地层TBM隧道管片结构的设计。

深江铁路洪奇沥公铁大桥主桥设计关键技术

研究目的:洪奇沥公铁大桥是深江铁路的控制性工程,主桥采用主跨808 m公铁合建斜拉桥一跨跨越洪奇沥水道,上层布置8车道城市快速路,下层布置4线铁路。结合建设条件、结构特点及使用性能,对主桥结构体系、主梁横断面及结构形式、索-塔锚固结构、施工方法等关键技术展开研究,确定技术合理可行和经济节约的设计方案。研究结论:(1)首创了短边跨叠合板-桁组合梁斜拉桥结构体系,主桥长度减少20%,节省工程投资;(2)首次在4线铁路公铁合建斜拉桥上采用倒梯形双主桁截面,桥面布置紧凑、受力明确;(3)提出的边跨主梁采用矩形钢管混凝土叠合板-桁组合结构,集结构受力和锚固压重于一体,施工便捷;(4)发明了“自平衡交叉锚固+齿块锚固”的索-塔混合锚固方式,技术经济性高;(5)钢主梁创新采用“纵向大节段+横向分块”施工方法,解决了超宽超高超重整节段钢桁梁运输受既有桥净空限制的难题;(6)本研究成果可为公铁合建桁梁斜拉桥设计提供参考或借鉴。

宝兰客专第三系泥岩物性参数与力学特性研究

研究目的:膨胀性地层中隧道施工是一个较难的工程问题,本文以宝兰客专北二十里铺隧道的膨胀性及地下水情况测试为基础,对泥岩膨胀特性等展开深入的研究,有利于明确泥岩膨胀对隧道内轨道变形的影响,完善隧道设计理论。研究结论:(1)第三系泥岩具有弱膨胀性;(2)膨胀岩的弹性模量和单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三轴抗压强度在浸水后都呈现出明显的降低,随着浸泡时间的增加,各强度降低的速率逐渐下降;(3)单轴压缩试验表明,平均单轴抗压强度由29.18 MPa减少为4.65 MPa,衰减了84%,平均弹性模量由2.32 GPa减小为0.85 GPa,减小了63%;巴西劈裂试验表明,膨胀岩的平均抗拉强度由2.66 MPa减少为0.36 MPa,衰减了86.5%;三轴压缩试验表明,随着浸水时间的不断增加,膨胀岩的内聚力出现大幅的降低,尤其是在浸水初期下降迅速,由5.82 MPa降至1.34 MPa,减小了77%,膨胀岩的内摩擦角虽有所降低,但下降幅度不大,浸水15 d内总共降低4.07%;(4)本研究成果可为类似膨胀性泥岩铁路隧道设计提供参考。

列车活塞风对寒区铁路隧道温度场的影响

研究目的:列车通过隧道会产生活塞风,活塞风会将寒区隧道洞外冷空气带入洞内,导致洞内温度场分布发生变化,若对这种影响认识不到位,会导致洞内抗防冻措施不合理造成冻害发生,影响隧道运营安全。鉴于此,采用理论分析和数值模拟等方法,分析列车活塞风对隧道洞内温度场的影响机制,研究列车活塞风对寒区特长铁路隧道洞内温度场的影响规律,为寒区隧道抗防冻设计提供技术支撑。研究结论:(1)冬季列车通过隧道后,活塞风会引起洞内温度场在短时间内显著变化,列车活塞风对洞内温度场持续影响时间较短,列车通过后,洞内温度场会逐渐恢复,特别是当列车频次较小时,基本可恢复到自然通风条件下状态;(2)行车频次导致洞内纵向负温长度增大或减小率均在1%左右;随着围岩温度的增大,隧道洞内纵向负温长度显著降低,且围岩温度越高,活塞风作用方向对洞内温度场影响越小;(3)考虑活塞风对寒区隧道防寒抗冻影响时,应重点考虑其对两侧水沟抗防冻的影响;由于局部衬砌会出现交替冻融现象,隧道结构设计时,应对衬砌耐久性做一定的考虑;(4)本研究成果可供寒区特长铁路隧道建设参考,特别是单向自然风条件下铁路隧道抗防冻设计。

重载列车编组与运行对双线桥动力响应的影响

研究目的:为研究重载列车编组与运行对双线桥梁动力响应的影响,以朔黄重载铁路线上一座32 m预应力混凝土双线简支T梁为研究对象,建立重载列车-轨道-桥梁耦合有限元模型,并通过现场试验验证有限元模型的准确性,研究重载列车通过双线桥梁时的动力响应,分析重载列车不同编组方式、重载列车双线对开运行等因素对双线桥梁动力响应的影响规律。研究结论:(1)动力响应计算结果与实测值吻合较好,表明所建立的重载列车-轨道-桥梁耦合有限元模型的可靠性高;(2)重车编组对桥梁的位移响应和动应变影响最大,对加速度的影响最小;空车编组对桥梁的加速度响应最大;空重混编次之,其中重车在前空车在后的混合编组对空车的位移响应影响较大,可能引起空车脱轨;(3)重车空车双线对开运行下桥梁的动力响应随着车速的提高而增加,与重车单线运行下桥梁的动力响应规律相似;在相同车速下,双线对开运行下桥梁的跨中竖向动力响应峰值均比重车单线运行下略大,而横向动力响应峰值比重车单线运行下小;(4)当重车与空车入桥距离差值为车体长度的整数倍时,桥梁的动力响应峰值与重车空车同时上桥时基本相等;当入桥距离差值为车体长度一半的整数倍时,桥梁的动力响应峰值有所降低;(5)本研究成果可为新建重载铁路双线桥梁的设计提供参考。

施工期铁路隧道软岩大变形快速分级方法研究

研究目的:西南复杂艰险山区等典型构造活跃区的构造地质环境复杂,断裂、褶皱发育,构造应力显著,铁路隧道围岩大变形问题突出,随着构造活跃区铁路隧道工程日益增加,将面临更严峻的大变形问题。在隧道施工开挖过程中,快速判别可能发生的大变形等级,有利于施工工法的调整和支护措施的制定。研究结论:(1)深入分析构造软岩大变形工程案例,以施工期掌子面开挖揭示围岩分级数据为基准,结合区域地应力、岩层厚度、岩性等大变形关键控制因素,快速判定大变形等级,提出了施工期铁路隧道围岩大变形快速分级方法,并结合典型工程案例对分级方法的有效性和准确性进行了验证;(2)本研究成果可应用于施工期间铁路隧道开挖围岩大变形的快速分级,适用于工程地质勘察领域。

山岭铁路盾构隧道荷载及结构受力特性研究

研究目的:为研究山岭盾构隧道的荷载分布特征及其衬砌结构力学行为,依托某铁路工程,基于FLAC3D建立数值模型,研究山岭铁路大断面盾构隧道管片上的荷载分布及大小,分析不同影响因素下双层衬砌的内力分布特征。研究结论:(1)衬砌周边围岩应力在盾构通过前后,有瞬间增大再减小再增大最后保持不变的趋势,且稳定后衬砌上竖向和侧向地层压力均呈两端大中间小形状分布;(2)隧道在不同赋存条件下应选用与其相适应的荷载计算理论,如在50 m埋深(Ⅴ级围岩)条件下宜采用普氏理论,100 m埋深(Ⅴ级围岩)条件下宜采用铁路隧道规范理论;当围岩条件较差及埋深较浅时荷载计算理论结果略微偏于不安全,当埋深较大以及围岩条件较好时荷载计算理论结果均偏保守;(3)双层衬砌结构中二次衬砌相比管片内力很小,且围岩稳定性对二次衬砌的受力特性影响较大;(4)本研究成果可为山岭盾构隧道结构设计提供技术支撑。

基于主线不停运的城轨支线独立运营改造方案

研究目的:针对大型铁路枢纽接入已运营轨道交通线路引起的既有线改造问题,为满足铁路枢纽与轨道交通连接线(支线)施工期间主线正常运营不受影响,对改造涉及的运营组织与接轨方案进行系统研究,并对土建、轨道、接触网、环网与动照、信号、综合监控与通信系统等的改造及影响进行深入研究,在统筹考虑实施难度、投资与工期的基础上,提出实施风险最小、技术最合理的改造方案。研究结论:(1)既有高架车站与区间改造影响范围较小且相对可控,可以实现主线正常运营情况下新建独立运营支线工程;(2)为最大程度保障主线运营不受影响,在现有技术水平条件下,应尽量避免在运营天窗期进行各类信号光电缆的割接;(3)支线独立运营方案,应尽量采取措施将新建支线与主线相连、轨道相通,以利于车辆检修与维保,并增加运营的灵活性;(4)桥梁浇筑与平移施工临近既有线,实施阶段应进一步完善工艺衔接与交叉施工统筹,增加既有线安全保障;(5)本研究结论可为类似工程提供参考。

基于PMC指数模型的铁路绿色施工政策研究

研究目的:铁路绿色施工政策是落地铁路可持续发展,打造生态铁路的方向引领与实施保障。铁路绿色施工政策的量化研究可以为政策的制定、修订、完善与优化提供重要的数据决策依据。本文借助ROSTCM6.0文本挖掘工具及PMC指数模型,旨在科学合理地评价我国当前铁路绿色施工相关政策的效果与优劣,为铁路绿色施工政策的高质量制定提供决策支持。研究结论:(1)选取7项铁路绿色施工政策作为研究样本,验证了PMC指数模型在评价铁路绿色施工政策的实用性与可靠性,结果与实际情况符合度较高,表明该模型可为铁路绿色施工政策评价提供借鉴价值;(2)各项政策的PMC指数等级可以有效判断该项政策的优劣,明确政策现状及优化方向;(3)本研究结果可为相关部委及公司制定、优化铁路绿色施工政策提供参考和借鉴。

列车荷载作用下饱和路基翻浆冒泥特性研究

研究目的:重载列车轴重的提高增大了路基不同深度处的动应力,由此引发的翻浆冒泥等病害日益严重。本文开展精细化模型试验,针对重载列车荷载作用下饱和粉质黏土路基的翻浆冒泥特性进行研究,分析循环荷载幅值及加载频率对试样轴向应变、超孔隙水压力及细颗粒迁移特性等性质的影响。研究结论:(1)循环荷载幅值对粉质黏土路基翻浆冒泥特性具有显著的影响,随着循环荷载幅值的增加,试样产生的轴向应变及超孔隙水压力增大,路基翻浆冒泥程度也不断增加;(2)加载频率对路基翻浆冒泥特性有一定影响,随着加载频率的增加,试样的最终轴向应变及超孔隙水压力均有所减小,试验结束后翻冒的泥浆质量减少;结合试验现象来看,加载频率的增加并不能加剧翻浆冒泥的程度,但能显著缩短翻浆冒泥发生的时间;(3)循环荷载作用下路基内部的超孔隙水压力梯度驱动路基土体细颗粒迁移,从而产生翻浆冒泥病害;(4)本研究成果可为重载铁路路基翻浆冒泥病害的整治提供参考。

高速铁路泥岩隧道仰拱底鼓控制技术研究

研究目的:为分析基底围岩劣化作用下泥岩隧道仰拱底鼓变形的控制效果,运用数值模拟的研究方法,建立高速铁路泥岩隧道有限元模型,考虑隧道开挖条件下模拟基底围岩吸湿膨胀和软化作用,选用底板与锁脚锚杆加固的控制技术,对比分析加固前后隧周围岩的竖向位移、填充层及仰拱的变形特性。研究结论:(1)锚杆加固基底可有效控制隧底围岩隆起,对隧底隆起的控制效果膨胀阶段优于软化阶段;(2)锚杆加固前后仰拱、填充层的底鼓位移曲线均呈“钟形”对称分布;(3)仰拱、填充层中心位置处的底鼓变形最大;(4)本研究结果可为高速铁路泥岩隧道仰拱底鼓病害防治与加固提供参考依据。